CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONAL
CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONALDATVT FIC 2013-I
CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONALDATVT FIC 2013-I
DAMS - FIC | 2013 - I
LABORATORIO 1CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONAL
INDICE
INTRODUCCIN2OBJETIVOS3FUNDAMENTO TERICO4DESCRIPCIN DEL
EQUIPO7DESCRIPCIN DEL ENSAYO8DESCRIPCIN DE LA GRAFICA DEFORMACION
VS TIEMPO10DESCRIPCIN DE LA CURVA DE CONSOLIDACION11MEMORIA DE
CLCULO Y RESULTADOS13 ALUMNOS PIMENTEL YUPA, Steve Marcelo14
PECEROS QUISPE, Santos Gushiken15 NESTARES CARRION, Juan Diego16
REYES CARDICH, Giancarlo17 GONZALES LUYO, Elmer
Jos18CONCLUSIONES19RECOMENDACIONES20CUESTIONARIO21
INTRODUCCIN
Al someter una masa de suelo saturado a un incremento de carga,
sta es soportada inicialmente por el agua contenida en los poros,
ya que ella es incompresible en comparacin con la estructura del
suelo. La presin que resulta en el agua a causa del incremento de
la carga es llamada exceso de presin hidrosttica. A medida que el
agua drena de los poros del suelo, el incremento de carga es
transmitido a la estructura del suelo. La transferencia de carga es
acompaada por un cambio en el volumen del suelo igual al volumen de
agua drenada. Este proceso es conocido como consolidacin.Este es un
proceso que tiene un tiempo acotado de ocurrencia, comienza cuando
se aplica el incremento de carga, y finaliza cuando la presin de
los poros es igual a la hidrosttica, o lo que es lo mismo, cuando
se ha producido la totalidad de la transferencia de carga del agua
a la estructura de suelo. Terminado este proceso llamado
consolidacin primaria, el suelo contina deformndose, aunque en
menor magnitud, debido a un reacomodamiento de los granos. A este
ltimo proceso se lo denomina consolidacin secundaria.El propsito
fundamental del ensayo de consolidacin es determinar ciertos
parmetros que se utilizan para predecir la velocidad y la magnitud
del asentamiento de estructuras fundadas sobre arcillas. Adems, el
ensayo permite obtener informacin acerca de la historia de
presiones a que ha sido sometido el suelo.
OBJETIVOS Utilizar correctamente los materiales y el equipo
necesario para realizar el ensayo de consolidacin, aprendiendo las
caractersticas de cada uno, y los cuidados que se deben tomar para
realizar la experiencia. Elaborar las grficas de deformacin vs
tiempo, utilizando el mtodo de Taylor, para determinar el
Coeficiente de Consolidacin, para determinar la velocidad de
asentamiento de nuestro suelo arcilloso. Elaborar las curvas de
consolidacin y determinar los parmetros como ndice de compresin,
expansin y recompresin. As como tambin la carga de pre
consolidacin.
FUNDAMENTO TERICOUna vez colocada la muestra en el anillo del
consolidmetro, se pesa el conjunto, y como el peso del anillo es
conocido, se puede determinar el peso hmedo de la muestra (Wh).
Calculando previamente la humedad de la muestra, se puede obtener
el peso seco (Wd) y con ello la altura de slidos (hs) y el peso
especfico seco inicial (d), utilizando las siguientes
expresiones:
Luego es posible calcular para cada escaln la altura de la
probeta (Hi), y la altura de vacos (hvi), por medio de las
siguientes expresiones:
Donde:Hi = altura final de la probeta para un escaln de carga.H0
= altura inicial de la probeta.i = asentamiento final para un
escaln de carga.hvi = altura de vacos para un escaln de carga.hs =
altura de slidos de la probeta.
Con esto es posible calcular la relacin de vacos para cada
escaln de carga (ei):
CURVA DE CONSOLIDACIN:Con los datos registrados para cada escaln
de carga, se traza la curva de consolidacin, en la que se puede
representar en abscisas el log t o , y en ordenada la lectura del
extensmetro que mide la deformacin vertical de la muestra.CURVA DE
COMPRESIBILIDAD:Para cada incremento de carga aplicado se tiene
finalmente un valor de relacin de vacos y otro de presin
correspondiente, actuante sobre el espcimen. De todo el ensayo de
consolidacin, una vez aplicados todos los incrementos de carga, se
tienen valores que permiten construir una curva en cuyas abscisas
se representan los valores de la presin actuante, en escala
logartmica y en ordenadas se anotan los correspondientes valores de
la relacin de vacos en escala natural.COEFICIENTE DE CONSOLIDACIN
(Cv):Para el clculo del coeficiente de consolidacin, en cada escaln
de carga, se utiliza la expresin:
Donde:T = es el factor tiempo, cuyo valor es 0,197 para un
tiempo de consolidacin del 50 %, y 0,848 para un t=90%.H = longitud
para el mximo camino de drenaje durante un incremento de carga
dado.Si la muestra es doblemente drenada, el valor de H ser la
mitad de la altura de la misma.t = tiempo para el correspondiente
factor de tiempo, obtenido de la curva de consolidacin.NDICE DE
COMPRESIBILIDAD (Cc):En la curva de compresibilidad, se distinguen
tres tramos bien diferenciados: la rama de recomprensin, la rama
virgen y la rama de descarga. En el tramo recto o virgen, la
variacin del ndice de vacos es lineal con el logaritmo de las
tensiones aplicadas, es por ello que se puede determinar la
pendiente de esta recta, denominada ndice de compresin (Cc),
utilizando la siguiente expresin:
Donde:ei = relacin de vacos para un estado.Pi = presin
transmitida al suelo para un estado.De igual modo, en la rama de
descarga se puede obtener el ndice de expansin Cs como:
Es de resaltar que la inclinacin de la curva de compresibilidad,
es una medida de la compresibilidad de la arcilla. La pendiente del
tramo de curva que se encuentra por debajo de la carga de pre
consolidacin, es menor que la pendiente del tramo virgen.CARGA DE
PRECONSOLIDACIN:De la curva de compresibilidad, se puede observar
que cuando se realiza la recarga por encima de las presiones
alcanzadas durante la carga inicial, la lnea recta de re compresin
es paralela a la rama de carga. Si se compara la curva de recarga
con la curva de carga de una muestra inalterada de una arcilla
depositada naturalmente, se nota la gran similitud existente.
Casagrande propuso un mtodo emprico para la determinacin grfica de
la carga de pre consolidacin, denominndose as a la mayor presin
posible bajo la cual se consolid la muestra durante su pasado
geolgico. El mtodo consiste en:a) Se traza una tangente por el
punto de mayor curvatura de la curva.b) Por ese punto de tangencia
se traza una lnea horizontal.c) Se traza la bisectriz del ngulo
formado por la tangente y la lnea horizontal.d) Se prolonga la
recta virgen hasta interceptar la bisectriz.e) En el punto de
intercepcin del tramo recto y la bisectriz se traza una vertical
que permite leer en el eje de las abscisas el valor de la carga de
pre consolidacin.
DESCRIPCIN DEL EQUIPOLos materiales utilizados en el ensayo
deconsolidacin sonlos siguientes:
1. Aparato de consolidacin: El aparato de consolidacin
corresponde a un brazo de longitud definida, por medio del cual es
posible aplicar una carga a la muestra.Aparato de consolidacin
2. Piedras porosas: Estas piedras sirven para sujetar el suelo
en el porta probetas, peropermitiendo el drenaje del agua.
3. Porta probetas o celda de compresin: Se usa para afirmar y
confinar al suelo durante el ensayo.Piedras porosas
4. Juego de pesas: Son necesarias para aplicar las cargasal
suelo en estudio. Son de distintos pesos, lo que permite ir
colocndolas enforma gradual, conforme se avanzaen el ensayo.Celdas
de compresin
5. Deformmetro: El indicador de deformaciones debe ser un dial
graduado a 0,02 mm, y con un rango de medicin de por lo menos un
20% de la longitud del espcimen para el ensayo, o algn otro
instrumento de medicin, como un transductor que cumpla estos
requerimientos.
6. Instrumentos de medicin: Micrmetro, u otro instrumento
adecuado para medir las dimensiones fsicas del espcimen dentro del
0,1% de la dimensin medida. Los piede metro o calibradores Vernier
no son recomendados para especmenes blandos que se deformarn a
medida que los calibradores se colocan sobre el espcimen. Pesas
7. Cronmetro: Un instrumento de medicin detiempo, que indique el
tiempotranscurrido con una precisin de 1 segundo para controlar la
aplicacin de las cargas. 8. Balanza: La balanza usada para pesar
los especmenes, debe determinar su masa con unaprecisin de 0,01
gramos.
DESCRIPCIN DEL ENSAYO
El ensayo de consolidacin se realiza siguiendo el mtodo dado a
continuacin:
1. OBTENCIN YPREPARACINDE MUESTRAS:
1.1. Se extrae muestradelsuelo lo ms inalterada posiblede un
tamao suficientepara poder trasportarla al laboratorio sin que
stase desintegre y no se produzcangrietas internas que puedan
alterar los resultados delensayo.1.2.
Sedebenmanejarlasmuestrascuidadosamente para prevenir alteracin,
cambios en la seccin transversal y evitndose cualquier cambio en el
contenido de agua del suelo.
2. PREPARACIN DE LAPROBETA:
2.1. Se talla la muestra de tal manera que se obtenga un volumen
igual al del anillo del consolidmetro, este tallado se realiza de
forma muy cuidadosa, en lo posible tratando que el material no se
agriete en el tallado, realizado con un cuchillo.2.2. Eltamao de la
probeta se mide con elmismo anillo,de estamanerasellega a una
probeta bien tallada cumpliendo con la condiciones anteriormente
mencionadas.2.3. Antes del proceso de moldeo o tallado, se extraen
porciones del suelo de la muestra para determinar el contenido de
humedad exacto.2.4. Una vez colocado el espcimen dentro del anillo,
se determina el peso hmedo de la muestra ms el equipo.
3. PROCEDIMIENTO:
3.1. Se arma el edmetro colocando la piedra porosa del fondo,
por encima el conjunto del anillo y la pastilla, se ajusta el mismo
y sobre la pastilla se pone otra piedra porosa.3.2. Se ajusta el
contrapeso del sistema de transmisin de cargas de manera que el
brazo del mismo estuviese en equilibrio.3.3. Se coloca el edmetro
debajo del yugo de carga interponiendo entre ambos una esfera de
acero y la zapata de igual superficie que la piedra porosa, para
distribuir la carga. El conjunto se centra para que la presin sea
axial.3.4. Se ubica eldeformmetroadosndolo al yugode manera que
tuvieracontacto con el anillo, permitiendo medir la variacin en la
altura de lapastilla.3.5. Se traba elbrazo con el yugoen contacto
con labola deacero sobrelazapata y se colocan las pesas necesarias
paratransmitir a la muestra la presin correspondiente alprimer
escaln de carga programado de 0,25 kg/cm, considerando que cada
kilogramo de las pesas trasmite 0,25 kg/cm a la pastilla. El
trabadodel brazo impide el impacto de las cargas sobre la
muestra.3.6. Ubicadas laspesas,seprocedi adestrabarelbrazo
considerando ese momento como el inicio del escalnde carga y a
partir delcual se tomaron las lecturas deflexmetro.3.7. Las
lecturas son tomadas y anotadas en intervalos de tiempo adecuado
para luego tomar los datos del tiempo, la masa y la variacin de
altura. 3.8. En seguida se toman los datos y se halla la altura de
drenaje, los asentamientos, para poder realizar las graficas. 1
2
3
4
5
5
6
DESCRIPCIN DE LA GRAFICA DEFORMACION VS TIEMPOMtodos de
Determinacin del Coeficiente de Consolidacin, Cv: Para el caso de
un estrato de arcilla pre consolidado, existirn dos casos posibles
para la obtencin de lo que se denominara el coeficiente de
consolidacin que en ambos casos depende del tiempo y la altura
efectiva de drenaje y un parmetro adimensional el cual vara segn el
grado de consolidacin primaria de la muestra a continuacin se
desarrollara los dos mtodos.SEGN MTODO DE TAYLOR: En el grfico
deformacin vs raz cuadrada del tiempo se van a realizar los
siguientes pasos para obtener el coeficiente de consolidacin:
Trazar la mejor recta que pasa por los primeros puntos del grfico
que coincida con la parte recta de la cada de la curva que no
necesariamente va a partir de ; la lectura final de la carga
anterior es la lectura inicial de la carga siguiente. La
interseccin entre la recta definida en 1 con el eje de las
abscisas, define una distancia a, que ser una referencia para
obtener un parmetro importante en la determinacin del coeficiente
de consolidacin. Se define en el eje de las abscisas el punto A
distanciado del origen en 1.15a. Se une el punto o y A. el cual va
intersecar a la curva en algn punto. La interseccin de esta recta
con la curva define el valor en el eje de las abscisas. Con este
valor calcular el coeficiente de consolidacin con la frmula:
Donde:
H es de la altura inicial de la muestra (ya que existe doble
drenaje)
Se calcula para todos los incrementos de carga del ensayo, lo
cual permite graficar Cv en funcin de El valor de a utilizar ser
aquel correspondiente al incremento de carga que se tendr en
terreno, es decir, desde a la tensin vertical efectiva final.
Curva deformacin versus raz de tiempo determinacin grfica segn
Taylor de
DESCRIPCIN DE LA CURVA DE CONSOLIDACIONMTODO DE CASAGRANDE:En el
grfico se van a realizar los siguientes pasos para obtener:
Ubicar punto 1, punto de mxima curvatura; es decir el punto
donde se da la cada brusca de la relacin de vacios de la muestra
sometida a una respectiva capacidad de esfuerzos. Trazar la recta
2, tangente por el punto 1 que nos ayudara a obtener la bisectriz
en la cual se va a encontrar el valor de Trazar la recta 3,
horizontal por el punto 1 que junto a la recta 2 nos van ayudar a
obtener el valor de Trazar la bisectriz de la recta tangente 2 y la
horizontal 3 es decir lo que significara la recta 4; que nos servir
para luego obtener el parmetro de carga mxima soportado por la
muestra en su historia. Prolongar recta de la curva virgen o curva
normalmente consolidada es decir la recta 5 en el grafico; que
significa la recta por la parte donde la curva tiene casi pendiente
constante que es notaria el tramo de cada de relacin de vacios. La
interseccin de las rectas 4 y 5 determina en abscisas el valor de
que significa la mxima carga a la que ha sido sometido el estrato
en su historia.
Cc = ndice de comprensibilidad; pendiente de la recta 5.
Cs = ndice de la expansin; pendiente del tramo de expansin
(tramo lineal).
Cr = ndice de re compresin.
Donde:
Es el punto que significa la mxima presin a la que ha sido
sometido el estrato de suelo y esto se demuestra haciendo un
grafica para la presin mxima mayor que la utilizada en este
grafico.
Curva de comprensibilidad; Determinacin Grfica de la Presin de
Pre consolidacin,
MEMORIA DE CLCULO Y RESULTADOS
PIMENTEL YUPA, Steve MarceloCODIGO: 20114053KSERIE 1-5
PECEROS QUISPE, Santos GushikenCODIGO: 20101084JSERIE 2-5
NESTARES CARRION, Juan DiegoCODIGO: 20114005FSERIE 3-5
REYES CARDICH, GiancarloCODIGO: 20115018DSERIE 4-5
GONZALES LUYO, Elmer JosCODIGO: 20101092BSERIE 5-5
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
CUESTIONARIO
1. Qu es la consolidacin secundaria y por qu se produce?
2. Qu significa el esfuerzo de preconsolidacin?
3. Qu significa OCR?
Este asentamiento por consolidacin secundaria es debido el
ajuste plstico de las partculas del suelo, debido a que exceso de
presin de poros fue disipado totalmente, y es por ello que el
esfuerzo aplicado recae sobre el mismo suelo.
El esfuerzo de pre consolidacin es la presin efectiva mxima que
el suelo ha sufrido en su historia geolgica.
El OCR nos indica el grado de consolidacin del suelo, es as que
cuando el suelo en la actualidad est recibiendo un nivel de
esfuerzos igual o superior al que soport en el pasado, decimos que
estNormalmente Consolidado(NC) , esta condicin es tambin conocida
como virgen (suelo virgen). Por el contrario, cuando el suelo en la
actualidad est soportando esfuerzos inferiores a los que sufri en
el pasado se dice que es un sueloSobre Consolidado. El OCR para un
suelo normalmente consolidado es uno (OCR=1), y para un suelo sobre
consolidado es mayor que uno (OCR>1).
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